咖啡果渣應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

李曉嬌，侯洪波，李 悅

（保山學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院，云南保山678000）

咖啡是世界三大飲料之一，其種植遍布四大洲的80多個(gè)國家，在全球貿(mào)易中的貨幣價(jià)值僅次于石油[1]。中國咖啡種植面積已達(dá)1.6萬hm2，目前處于穩(wěn)步發(fā)展階段。咖啡鮮果初加工是形成商品豆的重要環(huán)節(jié)，一般有干法加工和濕法加工2種工藝。干法加工是將采集的成熟鮮果干燥成干果，除去果皮、干果渣和種殼[2]；濕法加工則是鮮咖啡果直接除去果皮和果渣[3]。二者都會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品，如果渣、種皮、粘液和咖啡渣等。其中咖啡果皮和果渣占咖啡鮮果的40%，這些副產(chǎn)品多被丟棄或少量用作堆肥。近年來，國內(nèi)外正開展利用這些副產(chǎn)品作飼料、肥料、燃料及工業(yè)原料等方面的研究，咖啡加工副產(chǎn)品的潛在用途也提出了許多新的設(shè)想。

1 咖啡果渣的主要成分

咖啡果渣中粗蛋白和粗纖維含量較高，其蛋白質(zhì)含量與大豆類似，而纖維中有一半是木質(zhì)素，果渣中大部分的蛋白質(zhì)與木質(zhì)素結(jié)合，在飼料加工業(yè)中，難以被動(dòng)物利用。同時(shí)果渣中含有丹寧和咖啡因，對(duì)動(dòng)物的氮保留有一定的副作用，因而咖啡果渣要應(yīng)用于飼料工業(yè)必須經(jīng)過再加工，如發(fā)酵或加熱，可降低咖啡因含量，同時(shí)經(jīng)過發(fā)酵的蛋白質(zhì)和木質(zhì)素已經(jīng)分離，更有利于動(dòng)物對(duì)氮的吸收?？Х裙械拇掷w維含量較高，可應(yīng)用于紡織工業(yè)，制造低碳抗菌環(huán)保的咖啡炭纖維。

2 咖啡果渣的應(yīng)用

2.1 反芻動(dòng)物飼料

國外相關(guān)研究表明[4]，在飼料中添加咖啡果渣的量與牲畜增重呈逆相關(guān)，添加的量越大，逆相關(guān)性越明顯，當(dāng)添加量超過一個(gè)極端值時(shí)，特別是對(duì)小個(gè)體牲畜，會(huì)逐漸出現(xiàn)不良反應(yīng)，甚至死亡。對(duì)于反芻動(dòng)物牛來說，牛的增重會(huì)隨著飼料中咖啡果渣添加量的增多而減少，當(dāng)添加量低于飼料總量20%時(shí)，對(duì)牛的產(chǎn)奶量無影響，超過20%時(shí)，開始出現(xiàn)不良反應(yīng)。一般認(rèn)為，牲畜之所以出現(xiàn)這種逆相關(guān)和不良反應(yīng)，是因?yàn)榭Х裙泻幸欢康牡幩岷涂Х纫?，咖啡因有興奮和利尿的作用，不利于牲畜增重；丹寧酸降低了蛋白質(zhì)的吸收，對(duì)氮保留有副作用。因此，即使咖啡果渣中含有豐富的蛋白質(zhì)，但吸收利用率較低，不利于牲畜對(duì)其他營養(yǎng)成分的吸收。

實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過黑曲霉發(fā)酵的咖啡果渣，其粗纖維和半纖維得以分解，更有利于牲畜消化。而咖啡因和丹寧酸可通過化學(xué)提取法去除。經(jīng)過發(fā)酵的咖啡果渣飼用價(jià)值得以提高，飼料效率也接近標(biāo)準(zhǔn)日料，目前已經(jīng)應(yīng)用于雞的日料中。

2.2 有機(jī)肥料

咖啡果渣中 N含量為 1.4%～1.56%、P含量為2.6%～3.7%、K 含量為 0.32%～0.37%（占干物質(zhì)）[5]，目前國內(nèi)的咖啡果渣主要用作堆肥來改良土壤。堆肥采用的原料有（1）咖啡果渣、咖啡種皮、稻草等；（2）綠色植物的葉、枝條、草等；（3）動(dòng)物排泄物，如豬糞、牛糞、羊糞等；（4）尿素。將所有原料混合均勻后，在陰涼通風(fēng)處堆肥，堆肥高度約為150 cm，并在堆肥外表面蓋上稻草，每隔7～14 d翻1次肥，3～5個(gè)月堆肥完全熟化，便可在咖啡種植園中使用。建議每隔 2～3年施上述堆肥1次，每株樹用量5～10 kg，從而改善土壤條件，提高咖啡產(chǎn)率。

2.3 燃料

印度相關(guān)研究[4]，將咖啡果渣和牛糞加到漚液里混合，可以增加沼氣量。研究表明，加入咖啡果渣3 kg，在發(fā)酵的第1周，周產(chǎn)氣量為1.5 L，發(fā)酵到第6周時(shí)，周產(chǎn)氣量為10.4 L。加入咖啡果渣2 t的月產(chǎn)氣量為131 m3，相當(dāng)于100 L石油的燃燒值。沼氣池里的殘?jiān)彩禽^好的有機(jī)肥料。

2.4 釀酒

1994年，利美蓮等將利用濕法加工得到的咖啡鮮果渣，加入酵母菌和糖酸水，釀造了一種既有咖啡香又有酒醇香的天然低度果味酒[6～7]。酒中富含多種維生素和17種氨基酸，還有鋅、鈣等元素。該研究考察了發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間和果渣含量對(duì)咖啡酒品質(zhì)的影響。開發(fā)了咖啡生產(chǎn)鏈的上游新產(chǎn)品，提高了咖啡利用價(jià)值。

2005年，周文華等[8]就咖啡酒在加工和銷售過程中易產(chǎn)生氧化褐變、表面起膜、二次沉淀等現(xiàn)象進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，在咖啡原酒中加入0.07%～0.10%明膠靜置15～24 h，再加入抗壞血酸100 mg/L，殼聚糖0.4～0.5 mg/mL，經(jīng)冷熱處理后成為預(yù)處理咖啡酒液，咖啡原酒中加入焙炒咖啡豆增香2個(gè)月后再蒸餾，酒液清亮透徹，酒香和咖啡香協(xié)調(diào)，口感醇和且具有很好的穩(wěn)定性。

2.5 化工原料

2.5.1 果膠的提取

咖啡果渣中的粘液含有25%～30%的果膠，而果膠是人體七大營養(yǎng)素中膳食纖維的主要成分，具有良好的抗腹瀉、抗癌、治療糖尿病和減肥等多種作用。廣泛應(yīng)用于化妝品、醫(yī)藥、冶金等工業(yè)領(lǐng)域，并作為新型、天然的多功能型添加劑，廣泛用于食品工業(yè)。果膠的提取方法有很多，目前應(yīng)用較為廣泛的是酸提法、酶提法、微波輔助和超聲波輔助提取法。但咖啡果渣中果膠提取還未見報(bào)道。

2.5.2 D-甘露糖的提取

D-甘露糖是許多多糖和糖蛋白的成分，可用于合成藥物，它還能抑制鼠傷寒沙門氏菌生長，也可用作家禽飼料添加劑防止細(xì)菌污染。甘露糖及其衍生物被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、醫(yī)藥等行業(yè)?？Х裙懈缓珼-甘露糖，1999年，孫中亮等[9]從咖啡果渣中提取了D-甘露糖。隨后，黃廣民等[10]通過酸水解法制取了D-甘露糖，并對(duì)高酸低溫間歇水解和低酸高溫連續(xù)水解工藝進(jìn)行了比較，酸水解制取D-甘露糖，采用低酸度高溫連續(xù)水解工藝最佳。其工藝特點(diǎn)：設(shè)備投資小，耗酸減少，糖漿色澤淺，易分離提純，生產(chǎn)成本低。

2.5.3 咖啡油的提取

咖啡果渣中油脂類成分主要包括棕櫚酸、亞油酸、油酸和硬脂酸4種脂肪酸，李永輝等[11]人利用丙酮做溶劑，以提取物中總脂肪酸的得率為指標(biāo)，通過正交試驗(yàn)法優(yōu)化脂肪酸的提取工藝參數(shù)，得到最佳提取工藝為8倍量的丙酮提取3次，每次3 h，所得脂肪酸得率為17.06%。并運(yùn)用氣相色譜法對(duì)咖啡果渣中脂肪酸類成分進(jìn)行定量分析，其中4種脂肪酸的含量占總提取物的64.3%。脂肪酸化合物分別為十七烷酸甲酯、棕櫚酸甲酯、亞油酸甲酯、油酸甲酯。

陳祎平等[12]利用咖啡鮮果渣，通過干燥、粉碎、索式提取法提取咖啡油。探討了溶劑種類和用量、原料干燥程度和粉碎度、提取時(shí)間等條件對(duì)咖啡油得率和品質(zhì)的影響。所得的咖啡油，其化學(xué)成分近似于食用植物油，因而咖啡毛油無需進(jìn)行精煉，即可用作油脂化工的原料，但若進(jìn)一步精制后則可用作食用的高級(jí)香料，升值顯著。

2.6 咖啡炭改性滌綸纖維

咖啡炭改性滌綸纖維是指將咖啡炭粉超微顆粒與聚合酯通過共混紡絲制成的多微孔結(jié)構(gòu)，具有保溫、抑菌除臭、發(fā)射負(fù)離子和抗紫外線等特殊功能的滌綸纖維。生產(chǎn)流程：（1）將咖啡廢渣直接置入高溫電熱炭化爐，制作成粗咖啡炭；（2）經(jīng)粗研磨機(jī)和濕研磨機(jī)制成納米咖啡炭，通過噴霧成粒制成紡絲級(jí)納米咖啡炭粉；（3）將其加入到滌綸紡絲液中生產(chǎn)出功能性咖啡炭改性滌綸短纖。在生產(chǎn)過程能源消耗以及CO2排放量比竹炭改性滌綸纖維少48%，比椰炭改性滌綸纖維少85%，具有綠色節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。共混后的咖啡炭纖維，咖啡炭化物均勻地分散在聚合酯的內(nèi)部和表面。咖啡炭中有較多的內(nèi)部空隙，并且有較好的吸附功能，可很好地吸附和抑制體表的水分，從而破壞細(xì)菌生長的濕潤環(huán)境，起到抑菌功能，同時(shí)其多孔隙結(jié)構(gòu)可以吸附周圍空氣中的揮發(fā)物，較好地起到除臭的作用[13]。

2.7 真菌培養(yǎng)基

2.7.1 咖啡果渣混合麥秸或干香茅可以栽培平菇

用咖啡果渣與麥秸或干香茅作培養(yǎng)基，在90℃熱水中浸泡10 min，取出后換水再浸，直至排出的水變得清澈為止。其中麥秸和咖啡果皮大約浸4次，干香茅和咖啡果皮浸5～7次。浸洗后冷卻，裝入聚乙烯塑料袋中，每袋裝入培養(yǎng)基6 kg，接種菌種255 g。接種后，用繩扎緊袋口，于25℃ 恒溫下培養(yǎng)約40 d，拆開塑料袋，使培養(yǎng)其接觸空氣，7 d內(nèi)出第1潮菇?？Х裙と獗仨毰c干香茅或麥秸混合使用才能提供較完整的營養(yǎng)，而且有利于氣體交換，進(jìn)而形成更適合平菇生長營養(yǎng)基質(zhì)[14]。

2.7.2 用作微生物如酵母和真菌發(fā)酵生產(chǎn)生物量的原料

咖啡果渣經(jīng)壓榨得到的咖啡鮮果汁的化學(xué)成分如下：總糖5.2%～12.9%，還原糖5.2%～12.5%，咖啡堿0.1%，醋酸0.3%～0.6%，磷酸鹽0.02%～0.15%，氮0.1%～0.4%，多酚類0.1%，乙醇不溶物0.3%～0.6%，因而可用作酵母和真菌發(fā)酵的生長基質(zhì)。R.De Leon等研究了米曲霉、哈扎納姆木霉、皮落青霉、融粘帚霉等真菌在咖啡果渣汁基質(zhì)上的生長情況[15]。

3 小結(jié)與展望

云南是小粒咖啡的主要產(chǎn)地，但對(duì)咖啡果渣的利用率較低，若咖啡果渣能充分利用起來，能促進(jìn)當(dāng)?shù)氐目Х冉?jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)咖啡產(chǎn)業(yè)也會(huì)因此而多元化。在化工和釀造方面，如咖啡果渣中果膠提取工藝、咖啡酒釀造工藝的優(yōu)化和咖啡酒品種多樣化等，都需要繼續(xù)研究探索，為咖啡產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)帶來更高的價(jià)值。